[發明專利]基于飽和激勵信號的直線伺服系統特征分析方法有效

申請號：	201410014394.6	申請日：	2014-01-13
公開（公告）號：	CN103792936A	公開（公告）日：	2014-05-14
發明（設計）人：	熊振華;劉超;吳建華;孫宇昕;朱向陽	申請（專利權）人：	上海交通大學
主分類號：	G05B23/02	分類號：	G05B23/02
代理公司：	上海旭誠知識產權代理有限公司 31220	代理人：	鄭立
地址：	200240 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于飽和激勵信號直線伺服系統特征分析方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及的是運動控制技術領域的系統特征分析方法，具體是一種基于飽和激勵信號的直線伺服系統特征分析方法。?

背景技術

相比傳統旋轉電機，直線電機革命性的特點是直接將電能轉換為直線運動的機械能，省去了旋轉運動向直線運動轉換的中間環節。直線電機憑借其高推重比、高剛度、高加速度和高精度等特點，成為高加速高速高精度運動系統裝備的主流核心部件，在高端數控機床、IC封裝與制造及微電子等領域得到廣泛的應用。隨著生產效率和生產質量的不斷提高，相關生產設備的加速度、速度和定位精度的要求越來越高。這給運動控制開發人員帶來了嚴峻的挑戰，它需要設計開發的運動控制器能夠在合理利用直線伺服系統特征的前提下，實現高加速高速高精度運動系統裝備的生產要求。?

直線伺服系統是一個集機、電、磁和熱能等多種能量形式于一體的復雜系統。直線電機作為系統的主要組成部分，其性能不僅與本身的機、電、磁等特性相關，而且與機械系統息息相關。因此傳統的針對電機或機械系統單獨研究很難實現系統整體特征分析。在控制領域，研究人員所關心的直線伺服系統特征是指其系統極限運動過程中的速度信息、加速度信息及頻率信息等。在運動控制器開發過程中，如何確定直線伺服系統在極限運動過程中的速度信息、加速度信息及頻率信息成為設計開發人員的首要解決問題。?

在控制領域中，常采用線性或對數掃頻方法測定伺服系統的固有頻率，用以表征伺服系統在運動過程中的頻率信息。然而，這些方法在獲得頻率信息的同時，很難獲取更多的系統特征，如速度信息和加速度信息。為了獲取伺服系統的速度信息和加速度信息，測試人員需要更多的方法及實驗來測定。此外，通過此類方法獲取的固有頻率，并不能直接代表伺服系統在運動過程中的頻率信息。?

經檢索發現，Kim等在文獻“Design?and?performance?tuning?of?sliding-mode?controller?for?high-speed?and?high-accuracy?positioning?systems?in?disturbance?observer?framework”(IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics，2009，56(10)：3798-3809.)中通過計算動態模型參數的方式獲取被控對象的固有頻率來表征運動過程中的頻率信息，但是這種方法需要準確的動態模型參數，在實際應用中的可操作性不強。?

綜上所述，現有技術中采用固有頻率來表征運動過程中的頻率信息，很難準確表?征運動過程中的頻率信息；此外獲得頻率信息的同時，很難獲取其它系統特征，如速度信息和加速度信息，因而影響運動控制器設計和開發。?

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種基于飽和激勵信號的直線伺服系統特征分析方法。該方法不僅能有效獲取極限運動狀況下直線伺服系統的速度信息和加速度信息，而且可準確分析直線伺服系統在相同極限運動條件下的頻率信息，為運動控制器設計和開發，以及運動規劃及控制方法研究提供直接的數據參考依據。?

本發明提供一種直線伺服系統特征分析方法，包括：?

（1）根據直線伺服系統的電氣和機械特征，選擇飽和激勵信號、幅值及持續時間；?

（2）在幅值和持續時間下，進行直線伺服系統的飽和激勵實驗，并記錄直線伺服系統運動方向上的實際位移數據；?

（3）通過差分方法分析實際位移數據，獲取直線伺服系統在極限運動狀況下直線伺服系統運動方向上的速度信息和加速度信息；?

（4）通過Morlet小波變換分析步驟（3）中獲取的加速度信息，得到直線伺服系統在極限運動狀況下的頻率信息；?

極限運動狀況為直線伺服系統加上飽和激勵信號時的運動狀況。?

進一步地，步驟（1）中飽和激勵信號為飽和電壓激勵信號或者飽和電流激勵信號。?

進一步地，直線伺服系統包括運動控制器、驅動單元、執行機構及附屬裝置。?

進一步地，步驟（2）中進行直線伺服系統的飽和激勵實驗，包括以下步驟：?